3840

УДК 551.583.16

С.В. Морозова, Е.В. Завьялова, М.А. Алимпиева

ОБ ОЦЕНКЕ СТЕПЕНИ КОНТИНЕНТАЛЬНОСТИ КЛИМАТА В СТЕПНОЙ ЗОНЕ РОССИИ В УСЛОВИЯХ МЕНЯЮЩЕГОСЯ КЛИМАТА

В статье рассматривается изменение степени континентальности климата в степной и лесостепной зоне на Русской равнине. Обнаружено снижение степени континенетальности в аридной зоне. Внутри климатических периодов изменение степени континентальности климата имеет сои особенности. Обнаружена статистическая значимость изменений.

Ключевые слова: континентальность климата, климатические изменения, региональный климат.

При оценках климатических изменений и в масштабах земного шара, и в отдельных регионах в качестве основного индикатора климатической изменчивости используют температуру воздуха. Укажем, что не менее важной и довольно информативной климатической характеристикой является изменение степени его континентальности. Авторами настоящей статьи в ранее вышедших публикациях приводили оценки изменения степени континентальности климата в аридных и гумидных зонах [1-5].

Однако не менее интересным, оказывается, рассмотреть изменение степени континентальности климата внутри аридной (гумидной) зоны. Для такого анализа выбраны сухие степная и лесостепная зоны. Степень континентальности климата в этих зонах рассматривалась по двум пунктам - г. Саратов и г. Воронеж. Данные по метеостанции Саратов характеризуют условия юго-востока Русской равнины (Европейской территории России). Данные по метеостанции Воронеж характеризуют условия центральной части ЕТР.

Степень континентальности климата можно оценить разными способами. Существует большое число инднксов континентальности – индексы Горчинского, Хромова, Иванова и других исследователей. Общим для всех индексов является то, что каждый содержит такой показатель, как годовая амплитуда температур. Согласно С.П. Хромову [4], годовая амплитуда температур является главной характеристикой континентальности климата.

Поэтому в настоящем исследовании в виде параметра континентальности, принята годовая амплитуда температур, фиксируемая разницей средних месячных температур самого теплого и самого холодного месяцев:

(1)

Ради реализации изыскания в качестве стартовых данных о средних месячных температурах оперировали измерениями с сайта «Погода и климат».

На основании этих данных рассчитаны годовые амплитуды температур по указанным пунктам за имеющийся ряд лет.

На рис. 1 представлено изменение степени континентальности климата по п. Саратов. Отметим, что изменение степени континентальности показано относительно естественных климатических периодов состояния земной климатической системы [1-5].

В табл. 1. представлено изменение степени континентальности климата в следующие климатические интервалы.

110

Таблица 1

Климатические интервалы

Физическое и статистическое обоснование естественных климатических периодов состояния земной климатической системы представлено в [3].

По рис. 1 можно увидеть, что за исследуемый столетний временной интервал (1912 – 2017 гг.) по метеостанции Саратов Юго-восток степень континентальности климата существенно не изменилось. Однако внутри самих естественных климатических периодов степень континентальности климата растет. Причем самый сильный рост наблюдался в первую волну глобального потепления.

Коэффициент наклона линейного тренда α = 0,2966 в этот период. В период стабилизации рост степени континентальности замедляется (α = 0,1072). И самая малая тенденция роста отмечается во вторую волну глобального потепления (α = 0,0326).

Рис. 1. Изменение степени континентальности климата (годовой амплитуды температур) по данным м/с Саратов Юго-восток

Оказывается интересным посмотреть, оказываются ли эти изменения статистически значимыми. Для оценки значимости изменений применим метод доверительных интервалов с использованием статистики Стьюдента [1].

Для статистической оценки возьмем 5 % уровень значимости. Границы доверительных интервалов определим уравнением:

Расчеты приведены в табл. 2 и 3.

111

Таблица 2

Оценка статистической значимости изменений средней годовой температуры воздуха на Юго-востоке ЕЧР

Согласно данным табл. 2 заключаем, что наибольшая изменчивость годовых амплитуд температуры воздуха наблюдалась в первоначальную волну глобального потепления.

Обратим внимание на тот факт, что в течение времени обеспечения устойчивости фиксировались немножко поменьше показания годовых амплитуд температуры воздуха, при этом можно констатировать, что наименьшее значение она имеет во 2-ую волну глобального потепления.

Срединные значения интервалов (х) свидетельствуют об уменьшении данной характеристики от одного временного интервала к другому. Выявленная закономерность знаменует об уменьшение степени континентальности климата от периода к периоду.

Изменения степени континентальности климата методом доверительных интервалов не показало статистической значимости, так как все их границы перекрываются.

При исследовании степени континентальности климата по метеостанции Саратов Юго-восток, проявилась интересная особенность изменения степени континентальности. Внутри каждого естественного климатического периода она растет, причем от одного периода к другому скорость ее роста замедляется, а в конце каждого периода происходит ее резкое падение. Данное наблюдение интересно и требует дальнейших исследований.

Рассмотрим изменение степени континентальности климата в аридном районе по данным другой метеостанции Воронеж, аэропорт, расчеты реализованы в табл. 3.

На рис. 2 показано изменение степени континентальности климата по метеостанции Воронеж.

Укажем, что по метеостанции Воронеж в свободном доступе имеются наблюдения только с 1945 года, поэтому исследования по этому пункту, возможно, провести только для 2-х естественных климатических периодов – стабилизации второй волны глобального потепления.

Рис. 2. Изменение степени континентальности климата (годовой амплитуды температур) по данным м/с г. Воронеж

112

Таблица 3

Оценка статистической значимости изменений средней годовой температуры воздуха в центре ЕЧР

Выводы

1.В аридных регионах на фоне наблюдаемых климатических тенденций происходит некоторое снижение степени континентальности климата.

2.Однако внутри интервалов климатической изменчивости (естественных климатических периодов) степень континентальности обнаруживает тенденцию роста,

причем скорость роста от периода к периоду снижается.

Литература

1.Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Е. Гмурман. М.: Изд-во Высшая школа, 2003. 480 с.

2.Завьялова, Е. В. Сравнительная характеристика степени континентальности климата в контрастных по влагообеспеченности районах /Е. В. Завьялова, С. В. Морозова //

Гидрометеорология и экология. Научные и образовательные достижения и перспективы: Труды Всероссийской конференции к 70-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки, доктора физико-математических наук, профессора Льва Николаевича Карлина. Изд-

во: ООО «Аграф+», 2017. С. 199-203.

3.Морозова, С. В. Роль планетарных объектов циркуляции в глобальных климатических процессах / С. В. Морозова. Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 2019. 132 с.

4.Хромов, С. П. Метеорология и климатология для географических факультетов / С.П. Хромов. Издание третье. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 456 с.

5.Morozova, S. V. Peculiarities of the global climate tendencies in the south-east Russian plains [электронный ресурс] / S. V. Morozova, E. A. Polyanskaya, N. K. Kononova, N. P.

Molchanova and A. P. Solodovnikov // International Scientific and Practical Conference in commemoration of Corr., 2019. Volume381. (URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/17551315/381/1/012064/pdf)

ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», Саратов, Россия

S.V. Morozova, E.V. Zavialova, M.A. Alimpieva

ON THE ASSESSMENT OF THE DEGREE OF CONTINENTALITY OF THE CLIMATE IN THE STEPPE ZONE OF RUSSIA UNDER THE CONDITIONS OF A CHANGING CLIMATE

The article discusses the change in the degree of continental climate in the steppe and forest-steppe zones on the Russian Plain. A decrease in the degree of continenetality in the arid zone was found. Within climatic periods, the change in the degree of continentality of the climate has soybean peculiarities. Found statistical significance of changes.

Keywords: continental climate, climatic changes, regional climate.

Federal State Budgetary Institution of Higher Education «Saratov National Research State University named after N.G. Chernyshevsky», Saratov, Russia

113

УДК 551.583

Ю.П. Переведенцев1, П.С. Лопух2, Б.Г. Шерстюков3, К.М. Шанталинский1, Н.В. Дорошко2

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ И БЕЛАРУСИ В ПЕРИОД 1976-2019 г.г.

Рассматриваются изменения термического режима и атмосферных осадков на территории России и Беларуси в период 1976-2019 гг. Показано, что на всей рассматриваемой территории происходит потепление климата с различной скоростью в отдельных регионах. Выявлена тенденция преобладающего увеличения годовых сумм осадков в последние десятилетия. Результаты исследования согласуются с основными положениями парниковой теории современного потепления климата.

Ключевые слова: климат, температура воздуха, атмосферные осадки, линейный тренд.

Проблема своевременного фиксирования насущных тотальных и локальных региональных метаморфоз, имеющих место в природном фоне и климатических показателях, как и ранее, продолжает быть животрепещущей. В соответствии с национальной доктриной о защищенности и с необходимостью обеспечения безопасности государств от неблагоприятных последствий этих трансформаций.

Сообразно с [1-4], в соответствие с прогрессированием кумуляции CO2 в воздушном фоне (парниковый эффект) реализуется безостановочный прирост тотальной степени нагретости приповерхностных слоев экологической системы. Фиксация показаний температуры констатирует значительное ее приращение, сопряженное с интенсивной эволюцией в техносфере 21 века.

Ради стабилизации и оберегания климата континентальности 12.12.2015 года принято Парижское соглашение [5], ориентированное на сдерживании прироста всеобщей планетарной температуры, хотя чуть меньше 2 °C и сделать все возможное относительно ограничения повышения степени нагретости параметром 1,5 °C. Реализация Рамочной конвенции целенаправленна на сдерживание выплесков парниковых ингредиентов, прежде всего CO2 воздушные слои.

Известно, что потепление климата происходит с различной скоростью в различных регионах Земли. Оно наиболее интенсивно в Арктике (так называемое арктическое ускорение потепления) и в высоких широтах Северного полушария. В частности, в работах [2, 3] рассмотрена динамика температурно-влажностного режима в Поволжье и в Предуралье в XIX-XXI веках.

Цель настоящей статьи рассмотреть пространственно-временные вариации базовых климатических предикторов на территории России и Беларуси в современный период глобального потепления климата в два периода 1976-2019 и 2001-2019 гг.

Это соответствует задачам выигранного авторами международного гранта РФФИ [6]. В качестве исходных данных использовались результаты наблюдений на 1251 метеостанций России (фонд ВНИИГМИ-МЦД) и 44 станций Республики Беларусь. Кроме

того, использовались данные реанализов ERA-Interim и ERA5.

Многолетние ряды первичных показателей климатических предикторов анализировались на базе статистически-вероятностных критериев и оценки и соответственно диагностировались:

1.Средние показания.

2.Средние квадратические отклонения (СКО).

Для таких предикторов, как аномалии температуры воздуха (ТВ) и атмосферных осадков, линейные тренды температуры и осадков для 2-х указанных периодов.

Обособление низкочастотного компонента (НЧК) в метеорологических рядах реализовывалось при содействии фильтра Поттера с точкой отсечения 10 лет и свыше.

114

Надежность и истинность (достоверность) итогов вычислений квалифицировалась при содействии критерия Фишера.

Были построены карты линейных трендов для температуры воздуха и осадков для годовых значений и центральных месяцев сезонов, что позволило проанализировать особенности современного потепления климата на обширной территории.

Так, в январе (рис. 1) в период 1976-2019 гг. наибольшая скорость потепления наблюдается в Средней Сибири, арктическом побережье и арктических островах от Новой Земли до Новосибирских островов, где величина коэффициента наклонного тренда (КНЛТ) достигает 1,2 ºС/10 лет, на Европейской части России (ЕЧР) (за исключением северо-запада) и в Беларуси значения КНЛТ меняются в пределах 0,20-0,59 ºС/10 лет.

В апреле вся территория ЕЧР и Беларуси охвачена потеплением с максимумом на северо-востоке, где КНЛТ достигает значения 1,2 º/10 лет. На востоке Беларуси КНЛТ = 0,6 ºС/10 лет.

Виюле запад и юго-запад ЕЧР, а также территория Беларуси заняты достаточно интенсивной областью потепления (КНЛТ в районе Минска достигает 0,8 ºС/10 лет). На большей части территории России преобладает достаточно слабый рост ТВ со скоростью от

0,2 до 0,59 ºС/10 лет.

Воктябре наиболее интенсивный рост ТВ наблюдается на севере Сибири, где КНЛТ достигает 1,2 ºС/10 лет, на востоке ЕЧР КНЛТ = 0,8 ºС/10 лет, на западе ЕЧР как и в Беларуси процесс потепления менее заметны (КНЛТ ~ 0,4 ºС/10 лет).

Тренды среднегодовой температуры свидетельствуют о потеплении климата на всей территории России и Беларуси. Причем в центре ЕЧР потепление происходит с меньшей скоростью, чем в Беларуси, где КНЛТ достигает 0, 6 ºС/10 лет.

Рис. 1. Тренды среднеянварской температуры (оС/10лет)

Коэффициенты наклона линейного тренда, рассчитанные для периода 2001-2019 гг. заметно отличаются от ранее рассмотренных параметров.

свидетельствует о потеплении климата на всей Европейской территории России и в Беларуси, где КНЛТ = 0,5 ºС/10 лет.

Понижение температуры воздуха в январе и июле объясняется, так называемой, 15-летней паузой в глобальном потеплении климата в начале 21 века.

Рис. 2. Тренды годовых сумм осадков (мм/10лет).

Картина в распределении атмосферных осадков по месяцам более неоднородна, чем годовая закономерность. Тренды, сгенерированные по годовым показателям сумм осадков (рис. 2), являются признаком касающегося наращивания их воздействия на значительных площадях России за исключением центра и юга ЕЧР, где КНЛТ ~ -10-14 мм/год.

Распределение атмосферных осадков на территории Беларуси более однородное. Кроме анализа данных о температуре и осадках по территории Беларуси будет рассмотрена динамика общего содержания атмосферного озона (ОСО) за 1979-2019 гг. по данным его мониторинга в областных центрах. В частности, выявлена тенденция уменьшения ОСО в рассматриваемый период в г. Минск.

Выводы

1.Тренд-анализ выявил неоднородную тенденцию потепления климата на территории России и Республики Беларусь в период 1976 – 2019 гг. Наибольшая скорость потепления отмечается на арктическом побережье Сибири.

2.Выявлена преимущественная тенденция роста количества атмосферных осадков на рассматриваемой территории в период 1976 – 2019 гг. за исключением юго-запада Европейской части России.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 20-55-00014).

116

Литература

1.Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации // М.: Росгидромет, 2014. 1008 с.

2.Переведенцев Ю. П., Гурьянов В. В., Шанталинский К. М., Аухадеев Т. Р. Динамика тропосферы и стратосферы в умеренных широтах Северного полушария и современные изменения климата В Приволжском федеральном округе. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2017. 186 с.

3.Переведенцев Ю. П., Вильфанд Р.М., Гурьянов В. В., Шанталинский К. М., Николаев А. А., Исмагилов Н. В. Мониторинг и прогнозирование климатической изменчивости на территории Приволжского федерального округа // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. 2019. №1(371). С. 67-94.

4.IPCC (2013) Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group 1 to the fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / T. F. Stoker (et.al.)/ - Cambridge, United Kingdom; New York, USA. 1535 p. DOI 10.1017/CB09781107415324.

5.Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Парижское_соглашение_(2015). Дата обращения 30.04.21.

6.Проект № 20-55-00014. Многолетние и сезонные изменения климата и их экстремальных проявлений на территории России и Беларуси.

1ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет, (КФУ)», Казань, Россия

2Белорусский государственный университет (БГУ), Минск, Беларусь 3ФГБУ «Всероссийский Научно-исследовательский институт Гидрометеорологической

Информации – Мировой центр Данных (ВНИИГМИ-МЦД)», Обнинск, Россия

Yu.P. Perevedentsev1, P.S. Lopukh2, B.G. Sherstyukov3, K.M. Shantalinskiy1, N.V. Doroshko2

CLIMATE CHANGES IN RUSSIA AND BELARUS IN THE PERIOD 1976-2019

Changes in the thermal regime and atmospheric precipitation on the territory of Russia and Belarus in the period 1976-2019 are considered. It is shown that the climate is warming at different rates throughout the territory under consideration in individual regions. The trend of the prevailing increase in annual precipitation amounts in recent decades has been revealed. The research results are consistent with the main provisions of the greenhouse theory of modern climate warming.

Keywords: climate, air temperature, precipitation, linear trend.

1Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education «Kazan

(Volga Region) Federal University, (CFU)», Kazan, Russia

2Belarusian State University (BSU), Minsk, Belarus

3Federal State Budgetary Institution «All-Russian Research Institute of Hydrometeorological Information - World Data Center (VNIIGMI-MCD)», Obninsk, Russia

117

УДК 550.93+550.837:551.244:551.495

П.И. Пигулевский1, О.К. Тяпкин2, А.О. Бурлакова2, Л.Б. Анисимова3

ТЕКТОНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ГИДРОСФЕРЫ И ЛИТОСФЕРЫ (НА ПРИМЕРЕ ЮЖНОГО КРИВБАССА, УКРАИНА)

На примере Южного Кривбасса показана эффективность повторных (мониторинговых) электроразведочных работ для пространственно-временного исследования загрязнения подземной гидросферы жидкими отходами добычи полезных ископаемых. Здесь в 2008 году были начаты электроразведочные работы вблизи водохранилища высокоминерализованных шахтных и карьерных вод (всех горнодобывающих предприятий Кривбасса) в балке Свистуново. Результаты интеграции геолого-геофизических методов (с учетом особенностей тектонического строения) позволили идентифицировать и исследовать по латерали и на глубину затопленные участки с разной степенью солености воды и пути вертикальной и горизонтальной миграции высокоминерализованных шахтных и карьерных вод в Южном Кривбассе.

Ключевые слова: высокоминерализованные карьерные и шахтные воды, геоэлектрические методы, мониторинговые геолого-геофизические исследования, разломно-блоковое строение, тектоника.

Введение Нынешнюю экологическую ситуацию Южного Кривбасса можно охарактеризовать

как напряженную. Она формировалась в течение длительного периода без учета объективных законов развития и возобновления природно-ресурсных комплексов. В результате создалась структурная деформация народного хозяйства, при которой преимущество отдавалось развитию (как и во всей Украине) ресурсодобывающих и перерабатывающих, наиболее экологически опасных, отраслей промышленности. Это требует своевременного мониторингового изучения и прогнозирования геоэкологических последствий сложного технологического процесса горнодобывающего производства. При этом объектом комплексных геолого-геофизических исследований должны являться неблагоприятные геологические (в том числе тектонические) и гидрогеологические факторы. На активизацию, которых оказывают влияние техногенные источники горнодобывающей деятельности в Южном Кривбассе (в том числе породные отвалы, хвостохранилища, прудынакопители карьерных и шахтных вод).

Экологическая «роль» особенностей тектонического (разломно-блокового) строения. Добыча полезных ископаемых оказывает сложное многообразное воздействие на

окружающую среду. При этом во всем объеме специфического влияния геологических факторов на экологическую обстановку техногенно-нагруженных горнодобывающих регионов особое место занимает изучения тектонического фактора. Природные условия территории (ее ландшафтные особенности, геолого-гидрологическое строение, гидрографическая сеть, типы почв и растительности) прямо или опосредованно определяются особенностями тектонического строения. Любое чрезмерное изменение сложившегося хозяйственного использования (транспортные магистрали и узлы, промышленные предприятия и другие техногенные объекты) без учета особенностей разломно-блокового строения может привести к нарушению экологического состояния природной среды на конкретной территории [1-3].

Сами разломы – это не простые разрывные нарушения и даже не их концентрации, а сложные межблоковые тектонические структуры многоактного образования (следы крупнейших из них на поверхности Земли имеют ширину от нескольких километров до нескольких десятков километров), сформированные в результате нескольких последовательно проходивших тектонических активизаций. К этим трехмерным геологическим телам, имеющим свою структуру и характеризующимся комплексом геолого-

118

геофизических, геоморфологических, гидрогеологических, геохимических и других признаков – приурочены почти все природные и техногенные процессы в земных недрах.

Каждый «живущий» ныне разлом (как скрытый под вышележащими толщами пород, так и выходящий на дневную поверхность) является источником закономерно расположенных локальных полей напряжений и деформаций. Они определяют повышенную трещиноватость и водопроницаемость массивов горных пород, повышенную скорость современных движений земной коры различного масштабного уровня, предопределяют потенциальные зоны оврагообразования, просадок, сдвигов и других современных экзогенных геологических процессов. Разломы могут снижать защищенность подземных водоносных горизонтов от загрязнения, являясь путями геофильтрации естественных и геомиграции техногенных химических элементов, и соединений.

Разломы также могут быть источниками радиоактивных газов и волноводами физических полей (электромагнитного, теплового, упругого и другой природы). Они оказывают непосредственное воздействие на человека [2]. Разломы также могут активно влиять на динамику подземной гидросферы, изменение фильтрационных характеристик водных коллекторов, вертикальную и горизонтальную миграцию между разными водоносными горизонтами и другими показателями [3].

Общие сведения о геотектонической позиции района исследований. Рассматриваемый район расположен в пределах Украинского щита (УЩ), который

представляет собой сложно построенное горсто-блоковое сооружение, в котором нижний структурный комплекс сложен складчатыми образованиями докембрийского возраста, а верхний – практически горизонтально залегающими отложениями незначительной мощности [4]. Земные недра здесь представляют собой систему мобильных блоков (массивов) горных пород различного порядка, которые достаточно четко отражают динамику развития основных геологотектонических структур докембрийского кристаллического фундамента УЩ.

Врегиональном плане территория района расположена на юго-западной окраине крупной зоны абсолютных современных поднятий земной коры, охватывающей, помимо всего Криворожья, Приазовский массив, районы Донецкого кряжа и простирающейся на Среднерусскую возвышенность. В локальном же плане район располагается на стыке разновозрастных мегаблоков УЩ (Ингульского (Кировоградского) и Среднеприднепровского).

Более конкретно геотектоническое положение района можно определить, как южная часть Криворожско-Кременчугской структурно фациальной зоны, для которой характерна повышенная тектоническая активность в современную эпоху, которая установлена по данным дешифрирования космо- и аэрофотоснимков разных уровней генерализации и диапазонов съемки, а также анализа структуры осадочного чехла [5, 6].

Всовременной активизации этой зоны основную роль играет глубинный Криворожско-Кременчугский разлом, о чем свидетельствуют высококонтрастные современные вертикальные движения земной коры в рассматриваемом районе. Указанному разлому отвечает зона аномально высоких значений скорости этих движений – до 10 мм/год (что в определенные годы было практически абсолютным максимумом для юго-западной части Восточно-Европейской платформы) [7]. Причем по разные стороны от этого разлома территория района поднимается с различной скоростью: к западу – до 11 мм/год, а к востоку

–до 5 мм/год [8]. Также зафиксированные значительные изменения модулей и направлений векторов смещений поверхности указывают на дифференцированный характер горизонтальных движений по всей площади района (до 3-10 мм/год), что в свою очередь

119